ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG QUY TRÌNH XỬ LÝ NƢỚC THẢI SỬ DỤNG PLC S7-300 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ MÃ NGÀNH: 7510203 Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. Trần Kim Khuê Sinh viên thực hiện : Vũ Văn Linh MSV : 1551080793 Lớp : K60_CĐT Khoá học : 2015 - 2019 Hà Nội - năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội. Đời sống con ngƣời ngày càng đƣợc nâng cao. Đô thị đƣợc mở rộng nhiều.
Nếu không đƣợc sự quan tâm của chính quyền, cũng nhƣ ngƣời dân, môi trƣờng sống sẽ ngày càng giảm sút. Đặc biệt là môi trƣờng nƣớc. Nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm nƣớc thải là do quá trình sử dụng của con ngƣời trong các hoạt động sống hay sản xuất của mình, làm thay đổi tính chất và thành phần nƣớc ban đầu. Các chất thải này khi thải ra môi trƣờng nƣớc, gây mùi hôi thối, làm chậm quá trình chuyển hóa và hòa tan oxy vào nƣớc, dinh dƣỡng hóa nƣớc mặt, làm cản trở quá trình sinh trƣởng và phát triển của sinh vật.
Có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải, nhƣng do tính chất và thành phần của nƣớc thải khác nhau cần lựa chọn phƣơng pháp xử lý cho phù hợp. Chính vì thế mà em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển trong quy trình xử lý nƣớc thải sử dụng PLC S7-300”. Mục tiêu nghiên cứu chính trong đề tài này là Nghiên cứu lí thuyết công nghệ xử lý nƣớc thải. Lập trình điều khiển hệ thống xử lý nƣớc thải bằng phần mềm S7 Manager.
Lập trình hệ thống điều khiển giám sát mô phỏng trên máy tính bằng WinCC. Đề tài của em chia làm 2 phần chính sau: Phần 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Phần 2: Nội dung khóa luận Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Các thiết bị chấp hành và xây dựng sơ đồ mạch động lực Chƣơng 3: Bài toán điều khiển và lập trình mô phỏng cho hệ thống xử lý nƣớc thải Trong suốt thời gian làm đề tài đƣợc sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật điện và Tự đông hóa và đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình, chi tiết của thầy giáo ThS. Trần Kim Khuê đã giúp em hoàn thành bản khóa luận này. Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên khóa luận của em không thể tránh những thiếu sót, em rất mong đƣợc sự chỉ bảo của các thầy cô, để em hoàn thiện tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Hà Nội, Ngày 16 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện Vũ Văn Linh NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn). GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện). GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .5 DANH MỤC CÁC BẢNG.7 DANH MỤC CÁC HÌNH .8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .2 Công nghệ xử lí nƣớc thải trong nƣớc .3 Công nghệ xử lí nƣớc thải ở nƣớc ngoài.4 Các thông số ô nhiễm đăc trƣng của chất thải .5 Tính chất của nguồn nƣớc thải cần xử lí .6 Nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa nƣớc thải .2 Các thiết bị chấp hành trong hệ thống nƣớc thải .3 Sơ đồ đấu nối các thiết bị chấp hành .4 Các đầu đo sử dụng trong hệ thống xử lí nƣớc thải .5 Sơ đồ đấu nối các đầu đo với PLC – 300 .18 CHƢƠNG 3: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG CHO S7 – 300 .1 Xây dựng bài toán xử lí nƣớc thải tự động .1 Khảo sát và tính toán dân số .2 Tính toán lƣu lƣợng nƣớc thải. Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý .4 Thống kê các thiết bị điện hiện có trong dây chuyền XLNT.
Xây dựng lƣu đồ thuật toán. Điều khiển bơm P1 vào Bể cân bằng .1 Điều chỉnh pH trong Bể trung hoà .2 Viết chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 .1 Các bƣớc tạo và viết chƣơng trình điều khiển cho S7 - 300 .2 Chƣơng trình điều khiển cho S7 – 300 .46 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG XỬ LÍ NƢỚC THẢI. Error! Bookmark not defined.1 Thiết kế giao diện phần mềm trên WinCC. Error! Bookmark not defined.2 Lƣu trữ, báo cáo thống kê hoạt động của hệ thống.
Error! Bookmark not defined.3 Vận hành hệ thống, chạy mô phỏng. Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN .1 Giới hạn đề tài. Kết luận kiến nghị .61 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: khối lƣợng chất rắn có trong nƣớc thải sinh hoạt (g/ngƣời.2: Tính chất của nguồn nƣớc thải cần xử lý .1: Hệ số điều hòa phụ thuộc vào lƣu lƣợng.2: So sánh chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT.3: Các biến sử dụng trong hệ thống .21 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Nguyên lý đấu dây Module EM323.2: CPU 312 và Module EM323 của Siemens .3: Bộ nguồn 24VDC cấp cho CPU 312 và Module EM323 của Siemens .5: Sơ đồ dấu nối thiết bị đầu vào.
Error! Bookmark not defined.6: Mạch động lực động cơ bơm và nút ấn .7: Mạch động lực Động cơ bơm định lƣợng, Động cơ máy khuấy, Động cơ sục khí .8: Mạch động lực Động cơ máy gạt bùn, Động cơ bơm bùn, Động cơ máy ép bùn.1: Transmitter MAG 5000 SIEMENS .4 : Cảm biến phát hiện rò rỉ khí Clo .5: Máy bơm chìm nƣớc thải APP KS-50 GT 5 HP (có dao cắt) .6: Cảm biến nhiệt độ PT100 .8: Đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 .9: Bảng chọn model tất cả các dòng đồng hồ đo lƣu lƣợng EFM-115 .10: Model Orbipac CPF81D .11 khởi động chƣơng trình. 42 Nhấp Hardware mở ra màn hình đặt cấu hình cứng cho trạm .14 đặt câú hình cứng cho trạm .15 đặt câú hình cứng cho trạm .16 đặt câú hình cứng cho trạm. Error! Bookmark not defined.17 đặt câú hình cứng cho trạm. Error! Bookmark not defined.
Error! Bookmark not defined. Error! Bookmark not defined. 46 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm Nƣớc thải sinh hoạt là nƣớc đã đƣợc sử dụng bởi con ngƣời và trong đó chứa tất cả các chất bẩn sau khi sử dụng. Nó đƣợc sinh ra bởi các nhu cầu hàng ngày, nhƣ tắm rửa, vệ sinh, và từ các cống thoát nƣớc đó là loại nƣớc tắm rửa của con ngƣời, giặt giũ, chế biến thực phẩm, nấu ăn, vệ sinh nhà bếp,… Đặc trƣng của nƣớc thải sinh hoạt là: hàm lƣợng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lƣợng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nƣớc thải.2 Công nghệ xử lí nƣớc thải trong nƣớc Công nghệ xử lí nƣớc thải bằng AFBR (Advance Fixed Bed Reactor) là ứng dụng để xử lí các chất hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải cũng nhƣ 1 số chất vô cơ Công nghệ xử lí nƣớc thải MBR (Membrane Bio-Reactor – MBR hay còn gọi là màng MBR) bể hoặc thiết bị sinh học xử lí nƣớc thải trong đó áp dụng kĩ thuật bùn hoạt tính AS phân tán có kết hợp với màng lọc tách vi sinh.
Công nghệ có thể đẩy nồng độ vi sinh hay bùn hoạt tính trong bể MBR lên tới 15g/l. Công nghệ xử lý nƣớc thải AAO Anaerobic – Anoxic – Oxic (Kị khí – Thiếu khí – Hiếu khí) đƣợc ứng dụng cho các loại nƣớc thải có tỷ lệ BOD/COD > 0.5, hàm lƣợng các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao. Công nghệ AAO có khả năng xử lý triệt để hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng (Nito, photpho) cao. Với đặc điểm vận hành ổn định Bởi vì khả năng ứng dụng rộng rãi của công nghệ này.
Mặc dù vấn đề cần phải xử lý, hóa lý trƣớc sinh học (trừ xử lý bậc cao) nhƣng có rất nhiều hệ thống xử lý nƣớc thải đã xây dựng vẫn sử dụng quá trình sử lý sinh học trƣớc hóa lý. Nguyên nhân là do có nhiều công ty chƣa có kinh ngiệm trong lĩnh vực xử lý nƣớc thải áp dụng không đúng quá trình xử lý trên nên hiệu quả xử lý thấp. Để xác định đƣợc loại hóa chất phù hợp với loại nƣớc thải nào đó thì cần phải test thử mẫu trƣớc khi ứng dụng vào thực tế.3 Công nghệ xử lí nƣớc thải ở nƣớc ngoài Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nƣớc thải công nghiệp 1 đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trƣờng sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nƣớc có nền công nghiệp phát triển cao nhƣ Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,.
các hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp đã đƣợc nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã đƣợc áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn. Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này nhƣ USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries. đã đƣa ra các giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới nhƣ SIEMENS, AB, YOKOGAWA,.
đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nƣớc thải. Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nƣớc thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện đƣợc tại một Trung tâm, tại đây ngƣời vận hành đƣợc hỗ trợ bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng nhƣ giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích chuột,. góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ. Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không gian và thời gian đã đƣợc rút ngắn, cho phép ngƣời vận hành có thể điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận đƣợc thông tin về hệ thống thông qua SMS.
Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nƣớc thải còn đƣợc tích hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độ điều khiển cao hơn nhƣ cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) và trên cùng là cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ƣu hoá quá trình sản xuất.
